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《地暖用相变储能材料及构件》新标准解读
来源:暖立方 | 发布时间:2018/11/30 | 浏览次数:
JC/T 2339-2015《地暖用相变储能材料及构件》新标准解读

 
作者:中国建筑材料科学研究总院绿色建筑材料国家重点实验室 李海建 冀志江 王静
 
     摘要:

     本文首先介绍了JC/T 2339-2015《地暖用相变储能材料及构件》新标准的制定意义,然后详细阐述了标准的主要技术指标以及确定的依据,并对相关测试验证方法进行了简单地描述,最后强调了标准对于相关相变储能行业发展的作用。

     1 地暖用相变储能材料及构件的行业发展现状

    化石能源引起的环境污染急剧加重,世界各国都极力倡导节能建筑和可再生能源的高效利用。研究机构和企业积极投入节能技术的研发,为应对时刻到来的能源危机做好准备。

     相变储能技术正是在节能的大背景下发展起来的新技术,核心就是相变储能材料的应用技术。相变储能材料是一种智能型储能材料,当环境温度升高,超过相变材料的相变温度时,相变材料发生相变,就会自动吸热,把热量储存起来;相反,当环境温度降低,低于相变温度时,相变材料发生可逆相变,将释放出热量,其作用就是把局部环境温度保持在相变温度范围内,自动调配热量在环境和相变材料之间的供需关系,减少温度的波动,增加热舒适性。

     相变储能材料可以应用于建筑、交通、医疗、电力等多个行业,特别在建筑的暖通系统方面将发挥巨大作用。相变储能材料可以暂时储存白天太阳能和谷期电,转移到夜晚或电力峰期使用,增加可再生能源的利用和提高供暖能源的利用效率。

     地暖用相变储能构件是相变储能材料和地暖结合的一种新产品,针对地暖的应用特点和环境要求,为了提高地暖的舒适度和能源利用率而发展起来的新兴行业。

      地暖,是地面辐射供暖的简称,是将温度不高于60℃的热水或加热电缆,暗埋在地热地板下的盘管系统内加热整个地面,通过地面均匀地向室内辐射散热的一种供暖方式。目前,韩国、日本和欧美等发达国家超过50%的新型建筑中都采用了地暖。在国内,地暖也逐渐成为冬天的重要供暖方式。相变储能材料及构件的应用,可以储存大量低价能源、自动控制供暖温度、调节室内温度、提高室内舒适度、节约能源。在国外,这项技术不仅大量应用于民用住宅和医院、商场、写字楼、健身房和游泳馆等各类公共建筑,还大量应用于花坛、厂房、足球场、飞机库和蔬菜大棚等建筑系统的保温,甚至应用于室外道路、屋顶、楼梯、机场跑道和各类工业管线的保温。国内外研究机构的学者和企业技术人员在地暖相变储能材料及构件方面做了大量实验工作,并且把它们应用于实际建筑供暖工程中,取得了良好的效果。

     2 标准制定的必要性

     通过市场调研,地暖用相变储能材料和构件行业刚刚起步,国内外有专门生产和销售相变储能材料和构件的公司,市场上逐渐可以购买到相变有关产品。地暖用相变储能材料的种类主要是无机相变储能材料,相变类型为固液相变材料。

     地暖用相变储能构件的类型主要从封装材料的材质和外形来分类,根据材质不同可分为塑料材质、金属材质,以及铝塑材料等。根据外形不同可分为盒式、板式、管式、袋式和颗粒式。

     市场上此类产品的质量和价格参差不齐,比如相变储能材料每公斤从十几元到几百元价格不等。目前存在的主要问题是国内外相变产品的标准一直空白,产品质量的衡量可参照的标准依据欠缺,阻碍了产品市场的扩大化发展,同时给企业和消费者都带来了困惑。

     随着地暖技术和相变储能技术的发展,地暖用相变储能材料及构件产品将大量出现在市场上。但据查,目前国内外还没有地暖用相变储能材料和构件的产品标准。地暖用相变储能材料及构件是一种新型的具有恒温蓄热功能的产品,能够提高生活环境的舒适度和节约大量能源。新型产品的萌芽期具有技术的壁垒,掌握技术的企业将坚守质量标准,随着产品推广度和大众认知度的提高,新兴产品带来的巨大利益将吸引众多小企业蜂拥进入该行业。

     随着竞争的加剧和利润空间的减少,有些企业将会极力减少产品的成本,产品的质量将受到挑战,因而,由于质量引起的纠纷问题也会纷至沓来,势必给地暖用相变储能材料和构件的市场造成混乱,影响消费者的购买心理,阻碍新兴行业的健康有序发展。为了规范此类产品市场,让社会迅速认知和接受此类产品,促进此类产品的健康发展,制定地暖用相变储能材料及构件的标准势在必行。由中国建筑材料科学研究总院提出申请,国家发改委下发文件,经过多家研究机构和企业的努力,在标委会的指导和监督下,于2015年顺利完成相关的标准制定工作,通过了国家的验收。本标准于2016年1月1日正式开始实施。

     3 标准中的技术参数

     本标准的制定对象针对地暖用相变储能材料和构件。该类产品属于新兴行业产品,虽然市场上有相关的产品出现,但产品评价测试方法少,这给产品标准的制定工作带来了困难。因此本标准需要针对此类产品的特点来制定新的技术参数和特有的测试方法来表征和测试产品的性能。

     本标准中涉及两类产品,一类是地暖用相变储能材料,另一类为地暖用相变储能构件。无论是材料还是构件,既要有一般性能指标,又涉及到专门应用于地暖系统的特殊指标。本标准中地暖用相变储能材料及构件的技术参数包括相变温度、相变潜热、相变寿命等。

     3.1 相变温度

     相变温度,在某一特定温度下,物质吸收或释放热量从一种物相转变为另一种物相,此温度称为相变温度。相变温度可以是一个温度点,也可以是一个温度范围。相变温度是相变储能材料的一个重要指标,相变温度的选取是根据应用环境的温度要求来确定,基本原则是相变温度与应用环境温度保持一致,这样相变材料才能在合适的温度下释放出热量,发挥最佳实用效果。

      本标准根据地暖构件的应用环境和相变储能材料设计的结构层不同分为两类。地暖系统的最高进水温度大约在60℃,回水温度在40℃左右,因此相变材料的相变温度最高应该在40℃以下,而冬天供暖的温度一般要求在18℃,考虑到温差,相变材料的相变温度最低设定在20℃。

     根据所处结构层的不同,相变储能材料又分为两类,一类是铺设在与地暖管同层,温度高些(29℃~40℃),另一类是铺设在地暖管层上面,温度相对低些(设定为20℃~28℃)。

     3.2 相变潜热

     相变潜热是表征相变储能材料性能的另一个重要指标,指的是单位质量的相变材料经过一次完全相变过程所吸收或释放的热量。相变潜热是一个量化指标,其高低决定相变材料的储热能力,相变潜热越高,材料的储热能力越强,实用效果越明显。根据实际应用环境,通过试验和计算机模拟,按照相变储能材料单独供暖的情况下,能够满足房间的供暖时间5小时计算,单位面积构件的相变储能量最少为1200kJ/m2,如果以构件单位面积封装相变储能材10kg/m2来计算,那么相变储能材料的相变潜热最小应为120kJ/kg。

     3.3 相变寿命

     相变寿命指的是材料稳定性指标,用可抵抗冷热循环的次数来表征。本标准中地暖用相变储能材料规定为无机类相变储能材料,未改性的无机类相变材料在相变过程中存在相分离和过冷的缺陷,这些缺陷的存在严重影响着相变材料的性能,材料经过多次循环后会发生衰减,最终失去自动储放热的功能。

     本标准针对不同种类的相变储能材料进行了耐冷热循环测试,分析结果显示,相变储能材料存在一个规律,如果相变材料的衰减率大,那么经过50次冷热循环后基本丧失了相变性能。一旦材料经受耐冷热循环次数超过120次,相变潜热的衰减率低于10%,那么,材料就能够经受住2000次以上冷热循环,表明相变材料可稳定使用。120次冷热循环相当于一年的供暖期,如果相变潜热在一年的时间中不变化,那么根据试验测试和模拟计算此材料可以使用20年以上,相变性能可保持不变化。

     同样,针对地暖用相变储能构件,规定进行120次冷热循环试验,试验过程中构件如果有明显变形、开裂、渗漏等对环境造成影响的现象出现则归为不合格产品。

     3.4 抗压强度

     地暖用相变储能构件应用于建筑,需要铺设在地面中,构件在使用过程中势必受到垂直地面的压力,这同样要求构件满足一定的抗压强度。抗压强度为每平方米上受到的压力,测试参考陶瓷抗压强度的标准进行。通过测试结果和基于地暖构件使用过程中安全性的考虑,本标准规定相变构件的抗压强度不小于1.5MPa,每平方米面积上受到的压力为1.5×106N,每平方厘米可承受15kg质量的物重。

     4 标准对于行业发展的作用

     随着国家对环境和能源的重视,一系列与环境和节能相关的功能性产品开始迅速发展,表现在建筑方面主要是室内舒适度要求增高,地暖用相变储能材料和构件可以储存大量的间歇性能源,将在太阳能和谷期电利用方面发挥更大的作用。

     地暖用相变储能材料及构件已经进入市场,产品种类繁多,性能和质量参差不齐,但目前国内外还没有统一产品标准。因此,目前此标准的发布正是最好契机。本标准为地暖用相变储能材料及构件提供了测试方法和评价依据,有利于此类环境友好型产品顺利进入市场和人们的视野。

    本标准的实施将会给地暖用相变储能材料及构件的发展提供帮助,促进地暖用相变储能材料及构件市场更好、更快地健康成长。本标准的建立将起到先锋作用,引领相关单位和企业积极主动地参与到相变标准体系的制定和宣贯工作中,极力为相变产品的健康发展营造良好的氛围。

    参考文献

    [1]建筑材料相变调温性能测试方法.标准号:JC/T 2111-2012.

    [2]地暖用相变储能材料及构件.标准号:JC/T 2339-2015.

    [3]精细陶瓷压缩强度试验方法.标准号:GB/T 8489-2006.
 
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